PCB工程師需要注意的地方?
較多的PCB工程師,他們經常畫電腦主板,對Allegro等優秀的工具非常的熟練,但是,非常可惜的是,他們居然很少知道如何進行阻抗控制,如何使用工具進行信號完整性分析.如何使用IBIS模型我覺得真正的PCB高手應該還是信號完整性專家,而不僅僅停留在連連線,過過孔的基礎上對布通一塊板子容易,布好一塊好難。
小資料?
對于電源、地的層數以及信號層數確定后,它們之間的相對排布位置是每一個PCB工程師都不能回避的話題;
單板?層的排布一般原則:
元件面下面(第二層)為地平面,提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供參考平面;?
所有信號層盡可能與地平面相鄰;
盡量避免兩信號層直接相鄰;s
主電源盡可能與其對應地相鄰;
兼顧層壓結構對稱。
對于母板的層排布,現有母板很難控制平行長距離布線,對于板級?工作頻率在50MHZ以上的(50MHZ以下的情況可參照,適當放寬),建議排布原則:
元件面、焊接面為完整的地平面(屏蔽);
無相鄰平行布線層;
所有信號層盡可能與地平面相鄰;
關鍵信號與地層相鄰,不跨分割區。
注:具體PCB的層的設置時,要對以上原則進行靈活掌握,在領會以上原則的基礎上,根據實際單板的需求,如:是否需要一關鍵布線層、電源、地平面的分割情況等,確定層的排布,切忌生搬硬套,或摳住一點不放。?
以下為單板層的排布的具體探討:
*四層板,優選方案1,可用方案3
方案??電源層數?地層數?信號層數?1?2?3?4
1?1?1?2?S?G?P?S
2?1?2?2?G?S?S?P
3?1?1?2?S?P?G?S
方案1?此方案四層PCB的主選層設置方案,在元件面下有一地平面,關鍵信號優選布TOP層;至于層厚設置,有以下建議:
滿足阻抗控制芯板(GND到POWER)不宜過厚,以降低電源、地平面的分布阻抗;保證電源平面的去藕效果;為了達到一定的屏蔽效果,有人試圖把電源、地平面放在TOP、BOTTOM層,即采用方案2:
此方案為了達到想要的屏蔽效果,至少存在以下缺陷:
電源、地相距過遠,電源平面阻抗較大
電源、地平面由于元件焊盤等影響,極不完整
由于參考面不完整,信號阻抗不連續
實際上,由于大量采用表貼器件,對于器件越來越密的情況下,本方案的電源、地幾乎無法作為完整的參考平面,預期的屏蔽效果很難實現;方案2使用范圍有限。但在個別單板中,方案2不失為最佳層設置方案。
以下為方案2使用案例;
案例(特例):設計過程中,出現了以下情況:
A、整板無電源平面,只有GND、PGND各占一個平面;
B、整板走線簡單,但作為接口濾波板,布線的輻射必須關注;
C、該板貼片元件較少,多數為插件。
分析:?
1、由于該板無電源平面,電源平面阻抗問題也就不存在了;
2、由于貼片元件少(單面布局),若表層做平面層,內層走線,參考平面的完整性基本得到保證,而且第二層可鋪銅保證少量頂層走線的參考平面;
3、作為接口濾波板,PCB布線的輻射必須關注,若內層走線,表層為GND、PGND,走線得到很好的屏蔽,傳輸線的輻射得到控制;
鑒于以上原因,在本板的層的排布時,決定采用方案2,即:GND、S1、S2、PGND,由于表層仍有少量短走線,而底層則為完整的地平面,我們在S1布線層鋪銅,保證了表層走線的參考平面;五塊接口濾波板中,出于以上同樣的分析,設計人員決定采用方案2,同樣不失為層的設置經典。
列舉以上特例,就是要告訴大家,要領會層的排布原則,而非機械照搬。
方案3:此方案同方案1類似,適用于主要器件在BOTTOM布局或關鍵信號底層布線的情況;一般情況下,限制使用此方案;
*六層板:優選方案3,可用方案1,備用方案2、4對于六層板,優先考慮方案3,優選布線層S2,其次S3、S1。主電源及其對應的地布在4、5層,層厚設置時,增大S2-P之間的間距,縮小P-G2之間的間距(相應縮小G1-S2層之間的間距),以減小電源平面的阻抗,減少電源對S2的影響;
在成本要求較高的時候,可采用方案1,優選布線層S1、S2,其次S3、S4,與方案1相比,方案2保證了電源、地平面相鄰,減少電源阻抗,但S1、S2、S3、S4全部裸露在外,只有S2才有較好的參考平面;
對于局部、少量信號要求較高的場合,方案4比方案3更適合,它能提供極佳的布線層S2。
*八層板:優選方案2、3、可用方案1
對于單電源的情況下,方案2比方案1減少了相鄰布線層,增加了主電源與對應地相鄰,保證了所有信號層與地平面相鄰,代價是:犧牲一布線層;對于雙電源的情況,推薦采用方案3,方案3兼顧了無相鄰布線層、層壓結構對稱、主電源與地相鄰等優點,但S4應減少關鍵布線;方案4:無相鄰布線層、層壓結構對稱,但電源平面阻抗較高;應適當加大3-4、5-6,縮小2-3、6-7之間層間距;
方案5:與方案4相比,保證了電源、地平面相鄰;但S2、S3相鄰,S4以P2作參考平面;對于底層關鍵布線較少以及S2、S3之間的線
間竄擾能控制的情況下此方案可以考慮;
*十層板:推薦方案2、3、可用方案1、4
方案3:擴大3-4與7-8各自間距,縮小5-6間距,主電源及其對應地應置于6、7層;優選布線層S2、S3、S4,其次S1、S5;本方案適合信號布線要求相差不大的場合,兼顧了性能、成本;推薦大家使用;但需注意避免S2、S3之間平行、長距離布線;
方案4:EMC效果極佳,但與方案3比,犧牲一布線層;在成本要求不高、EMC指標要求較高、且必須雙電源層的關鍵單板,建議采用此種方案;優選布線層S2、S3,對于單電源層的情況,首先考慮方案2,其次考慮方案1。方案1具有明顯的成本優勢,但相鄰布線過多,平行長線難以控制;
*十二層板:推薦方案2、3,可用方案1、4、備用方案5
以上方案中,方案2、4具有極好的EMC性能,方案1、3具有較佳的性價比;
對于14層及以上層數的單板,由于其組合情況的多樣性,這里不再一一列舉。大家可按照以上排布原則,根據實際情況具體分析。
以上層排布作為一般原則,僅供參考,具體設計過程中大家可根據需要的電源層數、布線層數、特殊布線要求信號的數量、比例以及電源、地的分割情況,結合以上排布原則靈活掌握?
?
6層板以后的各個方案在哪??
6層和8層來了?
*六層板,優選方案3,可用方案1,備用方案2、4
方案?電源?地?信號?1??????????2??????????3???4?5?6
1?????1?1???4?S1?G?S2?S3?P?S4
2?????1?1???4?S1?S2?G?P?S3?S4
3?????1?2???3?S1?G1?S2?G2?P?S3
4?????1?2???3?S1?G1?S2?G2?P?S3
*八層板:優選方案2、3、可用方案1
方案??電源???地??信號??1????2?3????4?5????6?7????8
1??????1???2????5??S1???G1?S2???S3?P????S4?G2???S5
2??????1???3????4??S1???G1?S2???G2?P????S3?G3???S4
3??????2???2????4??S1???G1?S2???P1?G2???S3?P2???S4
4??????2???2????4??S1???G1?S2???P1?P2???S3?G3???S4
5??????2???2????4??S1???G1?P1???S2?S3???G2?P2???S4
EMC問題?
在布板的時候還應該注意EMC的抑制哦!!這很不好把握,分布電容隨時存在!!
如何接地!?
PCB設計原本就要考慮很多的因素,不同的環境需要考慮不同的因素.另外,我不是PCB工程師,經驗并不豐富:)))
地的分割與匯接
接地是抑制電磁干擾、提高電子設備EMC性能的重要手段之一。正確的接地既能提高產品抑制電磁干擾的能力,又能減少產品對外的EMI發射。
接地的含義
電子設備的“地”通常有兩種含義:一種是“大地”(安全地),另一種是“系統基準地”(信號地)。接地就是指在系統與某個電位基準面之間建立低阻的導電通路。“接大地”就是以地球的電位為基準,并以大地作為零電位,把電子設備的金屬外殼、電路基準點與大地相連接。?
把接地平面與大地連接,往往是出于以下考慮:
A、提高設備電路系統工作的穩定性;
B、靜電泄放;
C、為*作人員提供安全保障。
接地的目的
A、安全考慮,即保護接地;
B、為信號電壓提供一個穩定的零電位參考點(信號地或系統地);
C、屏蔽接地。
基本的接地方式
電子設備中有三種基本的接地?方式:單點接地、多點接地、浮地。
單點接地
單點接地是整個系統中,只有一個物理點被定義為接地參考點,其他各個需要接地的點都連接到這一點上。?
單點接地適用于頻率較低的電路中(1MHZ以下)。若系統的工作頻率很高,以致工作波長與系統接地引線的長度可比擬時,單點接地方式就有問題了。當地線的長度接近于1/4波長時,它就象一根終端短路的傳輸線,地線的電流、電壓呈駐波分布,地線變成了輻射天線,而不能起到“地”的作用。
為了減少接地阻抗,避免輻射,地線的長度應小于1/20波長。在電源電路的處理上,一般可以考慮單點接地。對于大量采用的數字電路的PCB,由于其含有豐富的高次諧波,一般不建議采用單點接地方式。
多點接地?
多點接地是指設備中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引線的長度最短。
多點接地電路結構簡單,接地線上可能出現的高頻駐波現象顯著減少,適用于工作頻率較高的(>10MHZ)場合。但多點接地可能會導致設備內部形成許多接地環路,從而降低設備對外界電磁場的抵御能力。在多點接地的情況下,要注意地環路問題,尤其是不同的模塊、設備之間組網時。地線回路導致的電磁干擾:
理想地線應是一個零電位、零阻抗的物理實體。但實際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量,當有電流通過該地線時,就要產生電壓降。地線會與其他連線(信號、電源線等)構成回路,當時變電磁場耦合到該回路時,就在地回路中產生感應電動勢,并由地回路耦合到負載,構成潛在的EMI威脅。
浮地
浮地是指設備地線系統在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。
由于浮地自身的一些弱點,不太適合一般的大系統中,其接地方式很少采用
關于接地方式的一般選取原則:
對于給定的設備或系統,在所關心的最高頻率(對應波長為)入上,當傳輸線的長度L〉入,則視為高頻電路,反之,則視為低頻電路。根據經驗法則,對于低于1MHZ的電路,采用單點接地較好;對于高于10MHZ,則采用多點接地為佳。對于介于兩者之間的頻率而言,只要最長傳輸線的長度L小于/20 入,則可采用單點接地以避免公共阻抗耦合。
對于接地的一般選取原則如下:
(1)低頻電路(<1MHZ),建議采用單點接地;
(2)高頻電路(>10MHZ),建議采用多點接地;
(3)高低頻混合電路,混合接地。
- PCB工(5755)
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